Malgré les recherches menées par les traiteurs d'eau, les traitements classiques ne permettent pas toujours de réduire la concentration en fer et en manganèse au-dessous des concentrations maximales requises par la réglementation. Seul le dioxyde de manganèse, commercialisé sous le nom Aquamandix, permet de les réduire sous les niveaux guides requis.
La présence de fer et de manganèse en haute concentration dans l’eau potable peut générer chez le consommateur des désagréments tels que des colorations ou des goûts et odeurs désagréables. Même si une faible concentration en fer et manganèse ne peut pas occasionner de problèmes pour le consommateur, ces éléments sont malgré tout indésirables pour la réglementation européenne concernant la qualité des eaux destinées à la consommation humaine qui fixe pour limite de concentration maximale (MAC pour maximum allouable concentration) 0,2 mg/l pour le fer et 0,05 mg/l pour le manganèse.
Les traiteurs d’eau ont intensifié leurs recherches sur l’élimination du fer et du manganèse dans l'eau distribuée pour répondre aux exigences de la réglementation européenne. Mais les procédés classiques de traitement des eaux ne permettent pas de réduire la concentration de fer et de manganèse en dessous de la MAC. Seul l’Aquamandix, commercialisé en France par Eurochlore, permet de les réduire sous les niveaux guides requis par la réglementation.
L’élimination du fer et du manganèse : un gros problème
Les méthodes traditionnelles d’élimination du fer et du manganèse habituellement mises en œuvre sont adaptées à l’élimination du fer mais le manganèse a toujours présenté un gros problème.
La méthode la plus courante consiste à procéder à une simple aération ou à une chloration pour oxyder et précipiter l’hydroxyde de fer puis à une filtration sur filtre à sable rapide. À un pH compris entre 7 et 8,5, l’oxydation du ferreux en ferrique est rapide mais cette méthode reste sans effet sur le manganèse. L’élimination du fer est habituellement plus efficace quand une surchloration est mise en œuvre après l’aération.
Une variante à cette méthode consiste à procéder à une aération et/ou à une surchloration suivie par une augmentation du pH de l’eau en passant sur de la chaux, dolomite, etc., ou bien par un dosage de chaux préalable à la filtration. Cela a pour effet d’augmenter le taux auquel le fer réagit avec l’oxygène dissous. Cela joue également faiblement sur le manganèse mais la réaction est lente et loin d’être complète lorsqu'elle se déroule dans des conditions normales.
L’oxydation du manganèse n’est effective que lorsque le pH est supérieur à 9,5. Cela peut être considéré comme un niveau trop élevé pour que la méthode puisse être faci-
Actuellement mise en œuvre en traitement de l'eau potable.
Un certain nombre d’eaux de distribution qui contiennent du fer et du manganèse ont été dosées avec du silicate de soude (sodium silicate). Cela a pour effet de complexer le fer et le manganèse plus que de l’éliminer et cela ne peut pas être considéré comme un traitement à part entière. De plus, son effet stabilisant augmente les inconvénients associés aux hauts niveaux de fer et de manganèse.
La plus utilisée des méthodes d’élimination du fer et du manganèse aujourd'hui est l’oxydation catalytique. Elle a l'avantage, par rapport aux autres méthodes décrites précédemment, de fonctionner sur un large spectre de concentrations en fer et manganèse dans l'eau qui doit être traitée et de réduire les niveaux de ces éléments à des valeurs inférieures aux niveaux maximum (g/l) requis par la directive européenne.
L’oxydation catalytique : une méthode efficace
L’oxydation catalytique du fer et du manganèse est complétée par l'utilisation d'un média filtrant catalytique efficace. Un agent d’oxydation est ajouté à l'eau à traiter. Il peut être atmosphérique, oxygène, chlore ou permanganate de potassium, et dépend uniquement du média catalytique utilisé. Puis l'ensemble passe à travers un filtre contenant le média approprié. En choisissant un degré correct d’oxydation de l'eau et un temps de contact suffisant avec le média catalytique, le fer et le manganèse sont éliminés, et les valeurs en fer et en manganèse de l'eau produite se situent au-dessous du maximum (g/l) requis par la directive européenne. La réaction se déroule rapidement à des valeurs de pH supérieures à 6,5 avec du fer et du manganèse qui se déposent à la surface du filtre. Cela n'influence pas l’efficacité du média filtrant mais altère la taille des grains.
En fonction des teneurs en fer et manganèse dans l'eau et de la sévérité des lavages à contre-courant effectués, la granulométrie du média filtrant peut augmenter ou diminuer.
Avec des eaux contenant de hauts niveaux en fer et manganèse, le taux de déposition du fer et du manganèse est plus élevé que la perte de poids consécutive à l’attrition durant les lavages à contre-courant : la taille des grains va donc augmenter.
Si le dépôt est plus faible que l’attrition durant le lavage à contre-courant, c’est le cas des eaux contenant seulement des petites quantités de fer et de manganèse, le grain va diminuer de taille.
Bien entendu, si les taux de dépôt et d'attrition sont plus ou moins identiques, alors la granulométrie restera dans un état d’équilibre dynamique.
Il existe aujourd’hui deux types de médias filtrants catalytiques utilisables pour l’élimination du fer et du manganèse : le manganèse vert sable, une zéolite traitée, et le dioxyde de manganèse naturel. Ces deux produits ont la même fonction mais diffèrent dans la méthode d'utilisation et dans les économies réalisées. Le manganèse vert sable demande un remplacement de la totalité du média filtrant, une régénération en continu ou intermittente avec du permanganate de potassium, un stockage et une installation de dosage pour le permanganate de potassium ainsi qu'un contrôle et une maintenance importants. Le dioxyde de manganèse ne nécessite qu'un remplacement partiel du média filtrant, aucun produit chimique autre que la chloration et pas de maintenance.
Le dioxyde de manganèse :
un media efficace et avantageux
Le dioxyde de manganèse, commercialisé sous l'appellation Aquamandix, est spécialement sélectionné pour ses aptitudes catalytiques et est tamisé précisément dans une taille de 0,5 - 1 mm avec un minimum de 90 % du matériau supérieur à 0,425 mm. Cette taille a été choisie afin d’être en accord avec les différentes densités du dioxyde de manganèse et du sable (silice) ; le matériau va se mélanger lui-même dans un lit de sable de 16/30 ou 14/25 BS (British Standard) quand on l’ajoute (pour une quantité de 20 % du volume) pour produire un filtre catalytique.
Cela se fait par le remplissage du dioxyde de manganèse sur la surface du filtre à sable et par le lavage à contre-courant jusqu’à ce que les matériaux soient mélangés.
Il est important que le dioxyde de manganèse soit bien mélangé au sable pour que le temps de contact de l’eau passant à travers le filtre avec le dioxyde de manganèse soit optimal.
Si une taille trop importante était choisie, le dioxyde de manganèse formerait une couche sur le dessus du filtre et le temps de contact serait réduit avec, pour conséquence, une réduction de l’efficacité d’élimination du fer et du manganèse.
L'eau à traiter doit être aérée avec un minimum de saturation en oxygène de 50 % et doit être aussi préchlorée pour produire un chlore libre résiduel dans l'eau filtrée de 0,2 mg/l. Le dioxyde de manganèse lui-même est demandeur de chlore qu'il puise lors de la pré-chloration.
Le dioxyde de manganèse réduit le chlore en chlorure. Cela est dû au fait que le chlore libre est rarement détecté dans l'eau qui a été traitée sur des filtres composés à 100 % de dioxyde de manganèse, même si la quantité de chlore contenue dans l'effluent est élevée.
La réaction du dioxyde de manganèse avec le chlore est très lente, ce qui explique la présence de chlore libre dans l'eau traitée avec des filtres composés de 80 % de sable et 20 % de dioxyde de manganèse.
Les études menées par les autorités britanniques ont montré que jusqu’à 0,5 mg/l de chlore, le chlore sera éliminé par le dioxyde de manganèse avec ce type de filtre.
L'action du dioxyde de manganèse mélangé avec le sable est telle que le grain de manganèse dioxyde conditionne et augmente la taille du grain de sable pendant l'utilisation et crée une fonction d’oxydation catalytique. L'explication la plus probable est que le grain de sable lui-même se recouvre de manganèse dioxyde précipité en provenance de l'eau à traiter.
Des facteurs importants à respecter
Les facteurs importants pour la bonne efficacité du traitement des filtres au manganèse dioxyde sont une aération suffisante et la chloration de l'eau à traiter ainsi que le temps de contact et la surface du media catalytique en contact avec l'eau. Plus l'eau à traiter contient de fer et de manganèse, plus le temps de contact devra être important. Il peut être augmenté par le ralentissement de la vitesse de passage de l’eau ou en augmentant la quantité de dioxyde de manganèse au sein du filtre.
Pour des applications sur une eau contenant plus que 1,5 mg/l de fer et 0,5 mg/l de manganèse, un filtre composé de 20 % de dioxyde de manganèse et de 80 % de sable avec un temps de séjour de l'eau de l'ordre de 12 minutes sera suffisant pour une efficacité satisfaisante.
Le principe de la fonction catalytique repose sur une forte quantité d’oxygène ; le mécanisme de l’oxydation du fer et du manganèse dissous dans l'eau repose sur le transfert d'un électron du fer dans le media catalytique ce qui entraîne son remplacement par un électron de l’oxygène dissous dans l'eau. Seulement 10 % de dioxyde de manganèse sont nécessaires à l’élimination d'une concentration de manganèse dans l'eau de 0,25 mg/l, 20 % pour une concentration jusqu’à 0,50 mg/l de Mn, 30 % pour une concentration supérieure à 0,50 mg/l et jusqu’à 0,75 mg/l. Notre expérience nous indique que le produit fonctionne mieux lorsque la concentration du manganèse est plus importante.
Puisque l'Aquamandix est plus dense que le sable, il va se mélanger et se trouver à 50 ou 70 cm dans le filtre. Pour cette raison, il est nécessaire de créer la bonne combinaison : hauteur de sable et taille du sable. Pour une hauteur de filtre de 1,20 m, il est possible de choisir une taille de sable de 0,7 à 1,25 mm. Pour une hauteur de filtre plus basse, mais pas inférieure à 80 cm, il est possible de choisir une taille de sable de 0,4 - 0,8 mm ou bien 0,5 - 1,0 mm.
La situation donnant l’Aquamandix en position sandwich entre deux couches de sable est idéale. Dans cette position, la couche supérieure de sable arrêtera tout le fer qui aura été oxydé par l’aération et l'Aquamandix sera protégé des impuretés. Il conservera toute son efficacité pour éliminer les résidus de concentration de fer et de manganèse dissous. Dans la plupart des cas, le fer sera éliminé dès que le dioxyde de manganèse sera installé et le manganèse sera éliminé le jour suivant. Il n’est pas nécessaire de régénérer le produit avec du permanganate.
Avant la mise en route, il convient d’effectuer des lavages à contre-courant du filtre (maximum 3 contre-lavages) pour retirer la poussière noire. Car malgré un processus de fabrication soigné, quelque 0,3 à 0,5 % de poussières noires sont en effet présentes dans l’Aquamandix.
Il est important de noter que la pré-chloration n’est autorisée que si l'exploitant dispose d'un analyseur de chlore résiduel en continu car il ne faut pas dépasser 0,5 mg/l. Si cette valeur était dépassée, le produit perdrait son efficacité.
